【摘要】：城市污水中蘊(yùn)含有豐富的低位熱能，將其作為熱泵的冷熱源為建筑供熱空調(diào)具有巨大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。 城市污水的水質(zhì)極為惡劣。其熱工與流動(dòng)性能與清水有很大不同。污水處理廠中的二級(jí)出水（排放水）接近清水的水質(zhì)，但由于污水處理廠多位于遠(yuǎn)離城市建筑群的郊區(qū)，因此真正具有巨大開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的是遍布城區(qū)污水渠中的原生污水。 傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)機(jī)組對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格的要求。因此目前在利用原生污水的熱泵系統(tǒng)中多為避免污水直接進(jìn)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器或冷凝器而設(shè)置一個(gè)中間換熱的措施，即所謂“間接式系統(tǒng)”，這種間接式系統(tǒng)不僅要增加中間換熱設(shè)備而且要增加系統(tǒng)的火用損失，故開(kāi)發(fā)污水直接進(jìn)機(jī)組的熱泵系統(tǒng)，即所謂“直接式系統(tǒng)”，從污水源熱泵技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)就對(duì)學(xué)術(shù)與工程界具有巨大的誘惑力。 直接式污水源熱泵系統(tǒng)由于污水水質(zhì)的特殊性，必須解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：（1）對(duì)過(guò)濾和防阻塞的效率和可靠性提出了更高的要求；（2）必須認(rèn)清污水的流動(dòng)、換熱以及污垢熱阻的特性與規(guī)律；（3）必須認(rèn)清污水蒸發(fā)器、冷凝器的換熱特性；（4）直接式熱泵系統(tǒng)兩換熱器的合理匹配與性能。本文對(duì)此主要進(jìn)行了下述研究工作： 直接式污水源熱泵系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)安全換熱，首要前提是必須保證大尺度污物不進(jìn)入機(jī)組的換熱器中。針對(duì)已在間接式污水源熱泵系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的污水防阻設(shè)備，通過(guò)工程實(shí)踐和測(cè)試，總結(jié)發(fā)現(xiàn)：（1）絲狀纖維類污物是阻塞濾面的最大誘因；（2）參考傳統(tǒng)做法，僅靠過(guò)濾孔直徑難以衡量防阻機(jī)濾面的過(guò)濾與再生能力；（3）不可避免的存在內(nèi)漏混水的情況。論文建立了以纏繞長(zhǎng)度、反沖效率、內(nèi)漏率、換熱保證率為核心的，包括濾孔直徑、反沖面積比、轉(zhuǎn)速、阻力等在內(nèi)的防阻機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)體系，并通過(guò)工程測(cè)試確定了最佳的纏繞長(zhǎng)度、反沖面積比和清潔周期，為防阻的科學(xué)合理設(shè)計(jì)及工程選用提供了合理依據(jù)。 設(shè)計(jì)并在哈爾濱太平污水處理廠搭建了城市原生污水性能研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了城市原生污水在各種管材圓管內(nèi)紊流流動(dòng)時(shí)的污垢熱阻特性，流動(dòng)阻力特性及對(duì)流換熱特性。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出各種常用換熱管內(nèi)污垢熱阻增長(zhǎng)規(guī)律，以及污垢熱阻穩(wěn)定值與管內(nèi)污水流速的函數(shù)關(guān)系、污水紊流流動(dòng)的阻力系數(shù)計(jì)算式及換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)表明污垢增長(zhǎng)模型為時(shí)間的漸進(jìn)型函數(shù)，在同管徑同流速下污水的流動(dòng)阻力系數(shù)約為清水的1.08~1.12倍，對(duì)流換熱系數(shù)約為清水的0.75~0.82倍。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)公式為污水源熱泵系統(tǒng)的換熱設(shè)備研發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等提供了較為可靠的依據(jù)。 依據(jù)污水流動(dòng)、換熱及污垢熱阻特性、換熱管污水側(cè)難以強(qiáng)化換熱的特點(diǎn)，建立了污水蒸發(fā)器與冷凝器的分布參數(shù)模型，編制了仿真程序并進(jìn)行了大量的數(shù)值研究，給出了污水蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱系數(shù)范圍，以及污水溫度和流量變化對(duì)換熱器換熱特性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)與常規(guī)水源熱泵的兩換熱器相比，污水蒸發(fā)器與冷凝器內(nèi)污水以四流程為宜，冷凝器內(nèi)蒸汽過(guò)熱段所占比例較大，過(guò)熱對(duì)冷凝換熱影響明顯，為系統(tǒng)換熱器設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)性能分析打下基礎(chǔ)。 通過(guò)直接式污水源熱泵系統(tǒng)建模與數(shù)值仿真，給出了直接式系統(tǒng)的效能范圍，以及污水溫度對(duì)效能的影響規(guī)律。規(guī)定了污水源熱泵機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況，并深入分析了污水蒸發(fā)器、冷凝器面積匹配比與機(jī)組制熱量、制冷量、出力比之間的關(guān)系。由于污水源熱泵機(jī)組具有更大的適宜面積比范圍和出力比范圍，提出不同地區(qū)采取不同面積比進(jìn)行熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)的理念。最后給出了非標(biāo)準(zhǔn)工況下熱泵機(jī)組的特性以及設(shè)計(jì)與選型原則。 本文通過(guò)研究主要解決了直接式污水源熱泵系統(tǒng)所面臨的防堵塞可靠性、污水流動(dòng)與換熱計(jì)算方法、污水蒸發(fā)器與冷凝器的換熱特性、機(jī)組換熱器匹配等問(wèn)題，為直接式污水源熱泵技術(shù)的發(fā)展奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X703;TU83
【圖文】：

到機(jī)組的蒸發(fā)器或冷凝器進(jìn)行換熱的系統(tǒng)稱之為直接式系）；若污水先通過(guò)污水換熱器與中介水換熱，中介水再進(jìn)入稱之為間接式系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為 ISSHPS）。污水源熱泵系統(tǒng)的兩如圖 1-1 所示。

人員在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該增大足夠的面積余量，這樣會(huì)使得系統(tǒng)初投資加大，還增加了設(shè)備使用的空間，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也有不利的影響。以哈爾濱望江賓館污水源熱泵系統(tǒng)中的殼管式污水換熱器為例，使用 1 個(gè)月后的污水換熱器的污染情況，如圖 1-4 所示�？梢�(jiàn)城市非清潔水源對(duì)換熱表面的污染非常嚴(yán)重。

理如圖 1-11 所示，污水在內(nèi)管中流動(dòng)，換渠與建筑物距離較適中時(shí)可以使用該項(xiàng)技術(shù)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法既不占用機(jī)房空間，也可該換熱形式的流動(dòng)、能耗和換熱效率進(jìn)行了

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2778531